高感度水素ガスセンサの開発

高灵敏度氢气传感器的研制

• 批准号: 18656105
• 负责人: 山本 節夫
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18656105/
• 关键词: 水素; センサ; 窒化アルミニウム薄膜; バルク弾性波; 質量センサ

本研究では、窒化アルミニウム(AlN)薄膜を用いた薄膜バルク音響共振器(FBAR:Film Bulk Acoustic Resonator)の高周波(GHz)帯での鋭い共振特性を活用して、高感度な水素ガスセンサを開発することを目的とした。平成19年度には以下の成果を得た。1.FBARを用いたセンサの性能実証電界と構造歪み・応力を連成させた有限要素法(FEM)解析シミュレータを用いてFBARの極微量質量センサとしての調査を行ない、(1)上部電極の形状を五角形及び円形にすることで、面内方向の共振によるスプリアスが抑制され、大きなQ値788が得られること、(2)上部電極に極微小質量が付加すると、共振周波数は5.96Hz/pgの割合で低周波側にシフトすること、などの知見を得た。2.残留ガスの影響の除去FBARで使用するAlN薄膜を、電子サイクロトロンサイクロトロン共鳴マイクロ波プラズマを活用したスパッタ装置を用いて作製した。弾性体としてのAlN薄膜は、002面が高結晶配向していることが望ましく、その結晶性は残留ガス量の影響を受ける。本スパッタ装置の到達圧力を10^<-5>Pa以下とすることによって、室温成膜後のas-depoにおいて、002面が優先配向し、ロッキングカーブによる結晶配向性の評価において半値幅が0.38degreeという優れたAIN薄膜を作製できた。3.総合的な機能の改善と他のセンサ応用の準備FBARの共振周波数の読取り分解能の向上と、温度変化によるドリフト現象の抑圧を図り、24pg程度の微小質量変化を検出できるようになった。この結果から、本センサは上部電極に水素感応膜であるPd薄膜を付着させることによって高感度水素センサとして応用可能なだけでなく、ナノメータオーダで検知可能なリアルタイム膜厚センサへの応用も可能である。

The purpose of this study is to utilize the sharp resonance characteristics of AlN thin Film Resonator (FBAR) in the high frequency band (GHz) and to develop high sensitivity AlN thin film Resonator. The following results were obtained in the year of Heisei 19. 1. The investigation of the FBAR particle mass distribution in the application of the finite element method (FEM);(1) The shape of the upper electrode, pentagonal and circular;(2) The resonance in the in-plane direction;(3) The resonance in the in-plane direction;(4) The resonance in the in-plane direction;(5) The resonance in the in-plane direction; and (6) The resonance in the in-plane direction.(2) The upper electrode has a small mass, and the resonance frequency is 5.96 Hz/pg. 2. The effect of FBAR is eliminated by using AlN film as an electronic resonance device. The AlN films with high crystalline orientation on the 002 plane are affected by the residual amount of crystalline material. In this paper, the arrival pressure of the device is less than 10 Pa<-5>, and the as-depo and 002 planes after film formation at room temperature are preferentially aligned, and the crystal alignment is evaluated. The half-value amplitude is 0.38 degree. 3. Improvement of integrated functions and preparation for other applications FBAR resonance frequency resolution energy upward, temperature variation, pressure suppression, 24pg degree of micro-mass variation detection As a result, the Pd thin film on the upper electrode is highly sensitive to water. The Pd thin film on the upper electrode is highly sensitive to water. The Pd thin film on the upper electrode is highly sensitive to water.

项目成果

ディスプレイ・光学部材における薄膜製造技術

显示器和光学元件的薄膜制造技术

• 发表时间: 2007
• 作者: 黒澤 茂;愛澤 秀信;谷津田 博美;吉本 稔;寺嶋 和夫
• 通讯作者: 寺嶋 和夫

薄膜バルク音響共振器の高感度質量センサへの応用

薄膜体声谐振器在高灵敏质量传感器中的应用

• 发表时间: 2007
• 作者: Terumitsu Tanaka;Terumitsu Tanaka
• 通讯作者: Terumitsu Tanaka

薄膜バルク音響共振器における上部電極形状がクオリティファクターに与える影響

薄膜体声谐振器上电极形状对品质因数的影响

• 发表时间: 2007
• 作者: Terumitsu Tanaka